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🌡 基本のしくみ

基本のしくみ

🌡 水の3つのすがた

水は温度によって 氷(固体・こたい)水(液体・えきたい)水蒸気(気体・きたい) と、すがたを変えます。 これを「状態変化(じょうたいへんか)」といいます。

氷(固体) ——0℃でとける——→ 水(液体) ——100℃でふっとう——→ 水蒸気(気体)

📈 氷をあたためたときの温度変化

0℃より低い氷をあたためると、温度は次のように変わります。グラフをよく見てみましょう。

時間〔分〕→温度〔℃〕0℃100℃開始①温度上昇②とけている(氷+水)0℃のままとけ始めとけ終わり③温度上昇(水だけ)④ふっとう中(水+水蒸気)100℃のまま⑤水蒸気
  1. 0℃より低い氷の温度が上がっていく
  2. 0℃になると氷がとけ始め(融点・ゆうてん)、温度は0℃のまま変わらない
  3. 氷がぜんぶとけると、水の温度がふたたび上がり始める
  4. 水にとけていた空気のあわが出てくる
  5. 水蒸気のあわが少しずつ出てくる(底の方が先に沸点に達する)
  6. 100℃でふっとう(沸点・ふってん)が始まり、温度は100℃のまま変わらない

なぜ0℃と100℃で温度が止まるの?

0℃のとき:加えた熱がぜんぶ「氷をとかすこと」に使われて、温度を上げることには使われないから。

100℃のとき:加えた熱がぜんぶ「水を水蒸気に変えること」に使われて、温度を上げることには使われないから。

どちらも「状態を変えるために熱が使われている」という同じ理由(りゆう)です。これは入試でよく聞かれるポイントです!

💡 熱・光・音水の三態変化

基本のしくみ

🌡 水の3つのすがた

水は温度によって 氷(固体・こたい)水(液体・えきたい)水蒸気(気体・きたい) と、すがたを変えます。 これを「状態変化(じょうたいへんか)」といいます。

氷(固体) ——0℃でとける——→ 水(液体) ——100℃でふっとう——→ 水蒸気(気体)

📈 氷をあたためたときの温度変化

0℃より低い氷をあたためると、温度は次のように変わります。グラフをよく見てみましょう。

時間〔分〕→温度〔℃〕0℃100℃開始①温度上昇②とけている(氷+水)0℃のままとけ始めとけ終わり③温度上昇(水だけ)④ふっとう中(水+水蒸気)100℃のまま⑤水蒸気
  1. 0℃より低い氷の温度が上がっていく
  2. 0℃になると氷がとけ始め(融点・ゆうてん)、温度は0℃のまま変わらない
  3. 氷がぜんぶとけると、水の温度がふたたび上がり始める
  4. 水にとけていた空気のあわが出てくる
  5. 水蒸気のあわが少しずつ出てくる(底の方が先に沸点に達する)
  6. 100℃でふっとう(沸点・ふってん)が始まり、温度は100℃のまま変わらない

なぜ0℃と100℃で温度が止まるの?

0℃のとき:加えた熱がぜんぶ「氷をとかすこと」に使われて、温度を上げることには使われないから。

100℃のとき:加えた熱がぜんぶ「水を水蒸気に変えること」に使われて、温度を上げることには使われないから。

どちらも「状態を変えるために熱が使われている」という同じ理由(りゆう)です。これは入試でよく聞かれるポイントです!

くわしく知ろう

💨 出てくるあわのちがい

水をあたためると出てくるあわには、じつは2種類(しゅるい)あります。順番(じゅんばん)をまちがえないようにしましょう!

出てくるあわのちがい① 最初のあわ:空気水にとけていた空気が出てくる温度が上がると空気がとけにくくなる小さいあわ・少しずつ② あとのあわ:水蒸気底の水が部分的に沸点に達して水蒸気のあわになる大きいあわ・さかんに出る

入試ポイント:「沸とう前に水蒸気のあわが出るのは、底の方であたためられた水が部分的(ぶぶんてき)に沸点(ふってん)に達したとき」です。

♨️ 湯気(ゆげ)と水蒸気(すいじょうき)のちがい

「湯気」と「水蒸気」は名前がにているけれど、ぜんぜんちがうものです。ここをまちがえると入試で失点します!

透明(とうめい)=水蒸気湯気(ゆげ)=水の粒やかん口のすぐそば少しはなれたところ
湯気(ゆげ)

水蒸気が冷えてできた小さな水の粒(つぶ)。白く目に見える

水蒸気(すいじょうき)

水が気体になったもの。とうめいで目に見えない

まちがえやすいポイント:「ガラス管の先から白いけむりが見えた。これは何?」→ 答えは「湯気(水の粒・水てき)」。水蒸気ではありません!

🧊 水と氷の体積(たいせき)のちがい

ふつうの物質(ぶっしつ)は液体から固体になると体積がへりますが、水は例外(れいがい)です!

体積 1冷やす体積 約1.1倍!重さは変わらない

なぜ氷は水に浮くの? 水が氷になると重さは変わらないのに体積が約1.1倍にふえるので、同じ体積あたりの重さ(密度・みつど)は氷の方が軽い。だから氷は水に浮きます。

比較して覚えよう

⚖️ まとめ比較表(ひかくひょう)

項目(こうもく)氷(固体)水(液体)水蒸気(気体)
温度の目安0℃以下0〜100℃100℃以上
目に見える?見える見える見えない
体積の順水蒸気 > 氷 > 水(氷の方が水より大きい!)
密度(みつど)の順水 > 氷 > 水蒸気(水が一番おもい!)

🏔 気圧と沸点の関係

地上では水は100℃でふっとうしますが、高い山の上では気圧(きあつ)が低いため、もっと低い温度でふっとうします。

気圧(きあつ)と沸点(ふってん)の関係🏖 海面(かいめん)気圧:1気圧沸点:100℃(ふつうの状態)🗻 富士山の山頂気圧:低い沸点:約87℃(気圧が低い→沸点も低い)

入試頻出(ひんしゅつ)Q&A:「なぜ富士山の山頂では水が約87℃でふっとうするのか?」→ 「気圧が低いので、水蒸気のあわをおさえる力が弱くなり、低い温度で水蒸気のあわが出るから。」

実験を理解しよう

🧪 フラスコで水を加熱する実験

丸底フラスコに沸とう石と水を入れ、ガラス管をつけたゴムせんをして加熱する実験です。入試でとてもよく出ます!

実験:フラスコで水を加熱する沸とう石(ふっとうせき)ゴム管ガラス管見えない(水蒸気)湯気(白い)🔬 実験で起きること:❶ 最初:水にとけていた空気のあわが出る❷ 8分後:フラスコの水からあわが出始める❸ 9分後:さかんにあわが出る(ふっとう)❹ 16分後:ガラス管の先に白いけむり → 湯気(水蒸気が冷えた水の粒)❺ 加熱後:フラスコに水が残る → 全部は蒸発しない

📝 実験の手順(てじゅん)→ 結果 → わかること

手順丸底フラスコに水と沸とう石を入れ、ゴム管でつないだガラス管をつけて加熱する。ガラス管の先はメスシリンダーに入れる。
結果①最初に水にとけていた空気のあわが出る。次に水蒸気のあわがさかんに出る。ガラス管の先から少しはなれたところに白いけむり(湯気)が見える。
わかること①ガラス管のすぐ先は透明(水蒸気=目に見えない)で、少しはなれると白い湯気が見える。これは水蒸気が冷えて水の粒になったから。
結果②火を消すと、フラスコの中に水が残っている。メスシリンダーに集めた気体の体積は、はじめゆっくり、あとから急にふえる。
わかること②はじめは空気のあわ(少ない)、あとから水蒸気のあわ(たくさん)が出るため、体積の変化のしかたがちがう。

火を消したあとに起きること

フラスコの中の水蒸気が冷えて水にもどり、体積がへるため、メスシリンダーの水がガラス管を通ってフラスコに逆流(ぎゃくりゅう)することがある。これを防(ふせ)ぐために、火を消す前にガラス管を水から出す!

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Q1 / 10
水は温度が上がると、どのような順番(じゅんばん)で状態(じょうたい)が変わりますか?